软X-ray触发的稀土氟化物纳米探针的设计、光学性能调控及其在气疗中的应用

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软X射线激活的稀土氟化物纳米探针的设计,光学性能的调控及其在气疗中的应用已经受到广泛关注。然而,目前已开发的镧系掺杂纳米材料大部分是由紫外光(UV)或近红外光(NIR)触发的。由于光子在组织中的吸收和散射较大,传统光源(UV/visible/NIR)激活的镧系掺杂纳米材料遭受穿透深度浅的限制,导致检测灵敏度和处理效率较低。与紫外光和近红外光相比,X射线具有穿透深度大的优点,因此被认为是一种新的激发光源并应用于深组织生物成像和抗肿瘤治疗。此外,一些具有高原子序数(Z)的纳米材料(称为闪烁体)可以用作光传感器,将软X射线辐射转换为紫外、可见光或近红外发射。幸运的是,镧系闪烁体由于其较大的X射线吸收系数,不仅具有优良的下转换/上转换(UC)发射,而且具有优异的辐射发光特性,成为新型的X射线激发荧光(XEF)成像剂。由于肿瘤的复杂性、多样性、异质性和易转移等特点,癌症一直都是世界上最难解决的疾病之一,因此,针对癌症的高效治疗仍是目前亟待解决的重要问题。目前广泛应用于癌症治疗的手段主要包含放疗、手术和化疗等,但它们本身都存在一定的缺陷。近年来,随着纳米医学的飞速发展,一些新兴癌症治疗方法应运而生,如光动力疗法、气体疗法。与传统的治疗方法相比,这些新兴的治疗方法具有副作用小、治疗效果好和选择性好等优点。但在肿瘤治疗方面仍存在许多问题,如激发光源穿透深度低、单一手段疗效差、深组织疗效差等。为了克服这些困难,本论文旨在构建多功能软X-ray激活的稀土氟化物纳米材料,在解决激发光穿透深度、提高治疗效率等方面开展研究,并系统评估软X-ray激活的稀土氟化物纳米材料在肿瘤治疗中的效果。本论文主要研究内容如下:(1)基于荧光共振能量传递,集合NaYF4:Gd/Tb闪烁体纳米棒和光控NO气体释放分子[NH4][Fe4S3(NO)7](Roussin’s Black Salt,RBS),构筑了低剂量软X射线响应的NaYF4:Gd/Tb@SiO2@RBS气体递送纳米平台。由于纳米棒优异的X-ray触发的绿色荧光发射特性,成功实现了NO气体的可控制释放,并且实现了深组织(大约3 cm)软X射线触发的NO持续释放。体外细胞及体内肿瘤治疗实验结果揭示了该纳米探针在低剂量软X射线激发下具有优异的气体治疗肿瘤效果。因此,这种软X射线激活的NO释放纳米平台为未来治疗深组织癌症提供了一种有前景的气体治疗模式。(2)以NaLuF4:Gd/Tb纳米颗粒为基础,制备了NaLuF4:Gd/Tb@NaLuF4@mSiO2核壳型材料,通过抑制表面淬灭效应,有效地提高了软X射线触发的辐射发光强度(1倍)。通过加载NO供体(RBS),构建了软X射线激发的NaLuF4:Gd/Tb@NaLuF4-RBS气体递送器,实现了NO的可控释放及肿瘤生长的抑制。(3)发展了PAA表面修饰的原位生长策略,制备了NaLuF4:Gd/Tb@MOF纳米复合结构,并通过加载L-arginine和基于荧光共振能量传递,构筑了NaLuF4:Gd/Tb@MOF+L-arginine光动力/气体多模式协同的治疗平台。实现了软X-射线触发的深组织光动力治疗及ROS触发的NO释放,为肿瘤治疗提供了新的软X射线触发的联合治疗策略。(4)以稀土氟化物纳米闪烁体为基础,集合无机TiO2半导体光敏剂及L-arginine,构建了NaLuF4:Ce@TiO2-L-arginine多功能治疗探针。在X射线的激发下,NaLuF4:Ce@TiO2能有效地催化水产生ROS,而产生的ROS还能进一步氧化L-arginine产生NO,最终实现ROS/NO协同的抗肿瘤治疗。
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